汽车覆盖件的几何特征和变形特点

汽车覆盖件与一般薄板拉深件相比，具有材料相对厚度小、结构尺寸大、形状复杂、尺寸精度和表面质量要求较高的特点。其零件大多是由复杂的空间自由曲面组成，成形时，坯料上各部分的变形复杂、差别较允各处应力也很不均匀，容易产生回弹、起皱、破裂、暗坑、冲击线等表面缺陷。以往针对起皱、回弹、拉裂等三大缺陷研究的比较多，并且随着冲压技术的不断深入可以对其进行的控制，而冲击线问题研究的相对少且成因比较复杂。汽车五金冲压件在车身质量要求日益苛刻的情况下，冲击线问题愈来愈凸显，作为一种线状表面缺陷，在汽车实际生产中占返工缺陷的40%~50%，这种缺陷严重阻碍了冲压件的生产效率，同时给模具的设计和维修带来了很多困难。探讨和分析其产生的原因和控制方法对提高生产效率和产品表面质量具有重要的实用价值和理论依据。针对不同工艺条件下冲击线形成的过程进行数值模拟，比较并分析影响冲击线形成的重要因素。

由于汽车覆盖件形状复杂、尺寸较大且变形不易控制，因此针对实物研究非常困难且不具有普遍意义；而曲面扁壳件具有汽车覆盖件的几何特征和变形特点，因此以曲面扁壳件为模型，来研究冲压件的冲击线问题。

根据冲压变形趋向性规律可知，冲压件在变形区内沿毛坯周边拉深变形的分布是不均匀的，毛坯直边处面积小于毛坯圆角处面积，所以直边处产生压缩变形所需的变形力小于圆角处。由于毛坯上作用力相同，所以需要变形力较小的直边首先产生变形。成形初期，凸模上行模具型面较高处首先和板料接触产生塑性变形，由于底面曲率变化剧烈且与凸模接触的面积小在较大拉应力作用下变薄而产生胀形，法兰直边处板料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。

凸模继续上行，板料悬空部分逐渐与凸模贴合逐渐形成曲面，由于两柱面的曲率大小和长度都不同，成形时在两柱面所受阻力也不同，深的一面曲率大、拉深变形较大且成形阻力相对大，成形速度相对慢，同时凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触地方偏在深的一面则毛坯必然由浅的一面经凸模顶部向深的一面窜动，造成了凸模顶部与拉深毛坯过多的摩擦，接触部位的板料由静摩擦状态转变为滑动摩擦与模具接触的内表面产生冲击形成滑移的迹线。由于凸模接触板料的不均衡性，导致底部板料流动的过程中产生模式的转变，即由较初胀形转变为拉深的过程中产生了冲击线。曲面成形是一个连续的整体，板料不断流动的过程中，冲击线位移量不断增加，五金冲压件在凸模上行的较高点即曲面成形结束时的冲击线位移量较大。试验中产生的冲击线位移量，冲压件内表面由于冲击产生的迹线清晰可见。

冲击线是成形过程中材料与凸模接触点偏移且材料成形时阻力不同导致底部板料经凸模顶部窜动，其表面运动由静摩擦转变为动摩擦产生冲击形成的迹线。冲击线产生的原因：一是板料成形过程有阻力差；二是零件底部曲面变形较大(有较高点)。

压边力是板料成形中不可忽视的工艺参数之一，与板料冲压成形中起皱和破裂的预测紧密相关，选择一个合适的压边力对板料的成形有很重要的意义。在实际生产过程中经常采用常压边力法即在模具基本确定后，根据经验粗选压边力大小，然后在对成形过程进行数值模拟，如起皱，则加大压边力；如有破裂的危险，则减小压边力；直到找到一个合适的压边力为止，这种方法的使用需要积累丰富的实际生产经验且实验结果误差相对较大，生产效率不高。采用常压边力和间隙压边相结合的方式来确定压边力值。

合理设置拉深筋可以改变板料的流动情况，从而减少冲压件起皱、回弹等现象。在冲压成形模拟过程中，为了提高模拟效率，通常利用等效拉深筋代替真实拉深筋模型附着在刚性压边圈上，可以缩短模拟时间。为了能诱发较为明显的冲击线，在成形质量情况下，在圆弧半径较小一侧增加较大限度的拉深筋阻力，可以因较大的阻力差而产生的较为明显的冲击线。压边力选取以不同拉深筋下零件能较好成形的较小压边力为基准，较小压边力为3.5MPa。

拉深可以影响冲压件变形程度和成形质量，也是影响冲击线的的重要因素。模拟结果呈现，当拉深小于35mm时，冲压件变形不充分，而拉深大于55mm时，从成形图中可知，冲压件出现严重变薄甚至产生破裂，因此选择35~55mm范围内的拉深，汽车冲压件的成形质量较好。润滑方式为薄膜润滑。

不同压边力对冲击线位移量的影响较大，随着压边力增大，冲击线位移量先增大后减小，而模拟结果中冲击线位移量是逐渐减小的，但总体趋势一致。施加较小压边力时，板料法兰起皱会产生很大的流动阻力，板料的变形阻力增加，凸模与板料间的相对运动更困难，冲击线的移动受阻因此冲击线位移量较小。随着压边力的增大，板料受到的压力超过板料的屈服而被压平，压边力阻力增加，冲击线位移量由大到小。